Фланцы стальные плоские Ду 20
Фланцы стальные плоские Ду 20: технические характеристики, стандарты и применение
Фланец стальной плоский Ду 20 представляет собой соединительную деталь трубопроводной арматуры, предназначенную для герметичного соединения участков труб, присоединения оборудования (насосов, теплообменников, сосудов), а также для монтажа запорной и регулирующей арматуры. Условный проход (Ду) 20 мм соответствует внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода. Плоский фланец, в отличие от приварного встык, насаживается на трубу и приваривается двумя угловыми швами: по периметру ступицы (воротника) и по торцу. Это определяет его основные области применения и ограничения.
Область применения и ограничения
Плоские фланцы на давление Ру 0.1-2.5 МПа (1-25 кгс/см²) регламентированы ГОСТ 12820-80. Они широко используются в системах низкого и среднего давления, где не предъявляются повышенные требования к вибрационным и ударным нагрузкам.
- Системы водоснабжения и отопления: Для соединения труб, радиаторов, котлов и насосного оборудования в котельных и тепловых пунктах.
- Технологические трубопроводы: В промышленных линиях, транспортирующих неагрессивные среды (пар, вода, сжатый воздух) при умеренных температурах.
- Вспомогательные системы энергетических объектов: Химическое водоподготовка, дренажные и технические водоводы, системы вентиляции и кондиционирования.
- Общепромышленное применение: В машиностроении, пищевой и других отраслях промышленности.
- Исполнение 1: С соединительным выступом. Наиболее распространенный тип, обеспечивающий хорошее уплотнение с плоскими прокладками.
- Исполнение 2: С выступом. Аналогичен исполнению 1, но с конструктивными отличиями.
- Исполнение 4: С шипом. Для стыковки с фланцем, имеющим паз, используется прокладка овального или восьмигранного сечения.
- Исполнение 5: С пазом. Парное к исполнению 4.
- Исполнение 6, 7, 8, 9: Под линзовую прокладку, прокладку овального сечения и др. для специфических условий.
- Ст3сп, Ст3пс: Углеродистые стали обыкновенного качества. Применяются для фланцев, работающих с неагрессивными средами (вода, пар, воздух) при температуре от -30 до +300°С.
- 20, 25: Качественные углеродистые конструкционные стали. Используются в более ответственных узлах, допускают температуру до +350°С.
- 09Г2С, 17Г1С: Низколегированные стали. Применяются для работы при отрицательных температурах (до -70°С для 09Г2С) и повышенных нагрузках.
- 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т: Коррозионно-стойкие (нержавеющие) аустенитные стали. Используются в трубопроводах агрессивных сред (кислоты, щелочи, пищевые продукты) и при высоких температурах.
- Два фланца: С идентичными параметрами (Ду, Ру, исполнение).
- Крепеж: Болты, шпильки, гайки и шайбы. Класс прочности крепежа (например, 5.8, 8.8) должен соответствовать расчетным нагрузкам. Для фланцев Ду 20 обычно применяются болты М12 (для Ру 1-10) или М14 (для Ру 16-25).
- Уплотнительная прокладка: Материал и тип прокладки выбираются по параметрам среды. Для Ду 20 распространены:
- Паронит: Для воды, пара, масел, слабоагрессивных сред (температура до +450°С).
- Резина (МБР, ТРГ): Для холодной воды, воздуха (температура до +90°С).
- Фторопласт (ФУМ): Для агрессивных химических сред.
- Металлические прокладки (оцинкованная сталь, нержавейка): Для высоких температур и давлений.
- Подготовка: Проверка геометрии фланцев, состояния уплотнительных поверхностей (отсутствие забоин, рисок), очистка от загрязнений и окалины.
- Центровка: Совмещение отверстий под крепеж без перекоса. Трубы должны быть соосны.
- Установка прокладки: Прокладка размещается строго по центру, без смещения.
- Затяжка крепежа: Затяжка производится динамометрическим ключом крест-накрест (по диагонали) в несколько приемов для равномерного обжатия прокладки. Момент затяжки регламентируется нормативной документацией (РД, инструкцией производителя). Неравномерная затяжка ведет к перекосу и течи.
- Визуальный и измерительный контроль сварных швов (отсутствие непроваров, пор, подрезов).
- Контроль зазора между фланцами после затяжки (должен быть равномерным по всему периметру).
- Гидравлическое или пневматическое испытание собранного узла на герметичность в соответствии с требованиями ПБ 03-576-03 (Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды).
- «1» – исполнение уплотнительной поверхности (с соединительным выступом);
- «20» – условный проход Ду (мм);
- «16» – условное давление Ру (кгс/см²);
- «ст.09Г2С» – марка стали.
- Неравномерная или недостаточная затяжка крепежа.
- Несоответствие или дефект уплотнительной прокладки (старение, неподходящий материал, механические повреждения).
- Перекос фланцев при монтаже (несоосность труб).
- Дефекты уплотнительных поверхностей (коррозия, глубокие риски, вмятины).
- Неправильный подбор фланца по параметрам (Ру, материал) для конкретных условий эксплуатации.
Важное ограничение: Плоские фланцы не рекомендуется применять на трубопроводах, работающих под высоким давлением (как правило, выше Ру 25), в системах с частыми температурными деформациями, в средах с высокой циклической нагрузкой, а также для соединения ответственного оборудования, где требуется повышенная надежность соединения. В таких случаях предпочтение отдается фланцам приварным встык (ГОСТ 12821-80).
Конструкция и основные параметры
Конструктивно плоский фланец Ду 20 представляет собой кольцо (реже квадратную пластину) с центральным отверстием под трубу и равномерно расположенными по окружности отверстиями под шпильки или болты. Ключевые параметры определяются условным давлением (Ру) и типом уплотнительной поверхности.
Типы уплотнительных поверхностей (исполнений) по ГОСТ 12820-80:
Исполнение 3: С впадиной. Предназначен для соединения с фланцем, имеющим выступ.
Для фланцев Ду 20 наиболее востребованными являются исполнения 1 и 2 (с соединительным выступом).
Геометрические размеры и масса
Размеры плоских фланцев Ду 20 строго нормированы ГОСТ 12820-80 и зависят от условного давления. Основные параметры: наружный диаметр фланца (D), диаметр окружности расположения отверстий (D1), диаметр отверстий под крепеж (d), количество отверстий (n), толщина фланца (h).
| Условное давление, Ру (кгс/см²) | Наружный диаметр D (мм) | Диаметр болтовой окружности D1 (мм) | Количество и диаметр отверстий под болты (n x d) | Толщина фланца h, не менее (мм) | Масса, приблизительно (кг) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1; 2.5 | 75 | 50 | 4 x 12 | 12 | 0.36 |
| 6; 10 | 75 | 50 | 4 x 12 | 14 | 0.42 |
| 16 | 90 | 60 | 4 x 14 | 16 | 0.79 |
| 25 | 90 | 60 | 4 x 14 | 18 | 0.88 |
Материалы изготовления и марки стали
Материал фланца выбирается исходя из параметров рабочей среды (давление, температура, агрессивность) и должен соответствовать материалу соединяемых труб. Основные марки сталей регламентированы ГОСТ 12820-80 и стандартами на материалы.
Выбор марки стали должен быть подтвержден расчетом на прочность и соответствием требованиям технологического регламента.
Комплектация фланцевого соединения Ду 20
Для сборки герметичного соединения необходим полный комплект элементов:
Монтаж и контроль качества
Правильный монтаж критически важен для обеспечения герметичности и долговечности соединения.
Основные этапы монтажа:
Контроль качества:
Сравнение с другими типами фланцев Ду 20
| Тип фланца | Стандарт | Преимущества | Недостатки | Рекомендуемая область применения |
|---|---|---|---|---|
| Плоский приварной | ГОСТ 12820-80 | Простота изготовления, низкая стоимость, удобство монтажа (возможность свободного поворота для совмещения отверстий). | Меньшая прочность соединения (два угловых шва), ограничение по давлению и вибрациям. | Низко- и среднетемпературные системы низкого и среднего давления. |
| Приварной встык (воротниковый) | ГОСТ 12821-80 | Высокая прочность (равнопрочность сварного шва трубе), лучшее сопротивление усталости, вибрациям и изгибающим моментам. | Более высокая стоимость, сложность монтажа (требуется точная подгонка и приварка встык). | Ответственные трубопроводы высокого давления, энергетика, нефтехимия, системы с температурными деформациями. |
| Свободный на приварном кольце | ГОСТ 12822-80 | Легкий монтаж и демонтаж, самоустанавливаемость, возможность поворота, экономия дорогостоящего материала (кольцо из нержавейки, фланец — из углеродистой стали). | Большие габариты и масса, более высокая стоимость по сравнению с плоским фланцем, ограничения по давлению. | Трубопроводы, требующие частой разборки, соединения из разнородных материалов, труднодоступные места. |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
1. Чем отличается фланец Ду 20 от фланца Ру 16?
Ду 20 – это условный проход, характеризующий присоединительный размер (примерно равный внутреннему диаметру трубы). Ру 16 – это условное давление, указывающее на максимальное избыточное рабочее давление (в кгс/см²), при котором фланец гарантированно обеспечивает герметичность при температуре 20°C. Таким образом, фланец Ду 20 Ру 16 имеет присоединительный размер 20 мм и рассчитан на давление 16 кгс/см² (1.6 МПа). Для одного Ду может существовать несколько фланцев с разным Ру, отличающихся геометрией и толщиной.
2. Можно ли использовать плоский фланец Ду 20 на трубопроводе с горячей водой 150°С?
Да, при условии правильного подбора материала фланца и прокладки. Углеродистые стали (Ст3, ст.20) допускают работу при таких температурах. Однако необходимо выполнить пересчет допустимого давления, так как с ростом температуры допустимое рабочее давление для стальных фланцев снижается. Для точного определения необходимо руководствоваться нормами расчета на прочность (например, ГОСТ 34233.1-2017).
3. Какой крепеж использовать для фланцевого соединения Ду 20 Ру 25?
Согласно таблице ГОСТ 12820-80, для фланца Ду 20 Ру 25 требуется 4 отверстия диаметром 14 мм. Следовательно, применяются болты (шпильки) с резьбой М14. Класс прочности крепежа должен быть не ниже 5.8 для стандартных систем, а для более ответственных – 8.8. Длину болта рассчитывают, учитывая толщину двух фланцев, прокладки, двух гаек и запас резьбы (обычно 2-3 нитки).
4. Почему при монтаже предписывают затягивать болты крест-накрест?
Метод крестообразной затяжки обеспечивает равномерное прилегание уплотнительных поверхностей фланцев к прокладке по всему периметру. Последовательная затяжка болтов по кругу приводит к перекосу: один край фланца сжимается, а противоположный приподнимается, что неизбежно ведет к негерметичности соединения. Многоступенчатая затяжка крест-накрест позволяет равномерно распределить монтажное усилие.
5. Как маркируется плоский фланец Ду 20 из стали 09Г2С на давление Ру 16?
Полное условное обозначение по ГОСТ 12820-80 будет: Фланец 1-20-16 ст.09Г2С ГОСТ 12820-80, где: